基于Hyperworks的FSEC赛车车架轻量化研究

发布时间：2022-12-11 09:58

　　车架作为承载车身和其他附属总成负载的重要结构,其性能的优劣直接影响整车的性能好坏。本文所研究的西华大学纯电动方程式赛车车架,主要承载着来自动力系统、传动系统、车手自重等方面产生的负载以及在各个工况下所产生的力和力矩,在满足车架强度刚度性能和避免车架与其他系统产生共振的前提之下对车架进行轻量化设计。基于2017年大学生方程式赛车比赛规则,本文对该车架进行如下研究:（1）车架的结构、材料以及焊接工艺的确定。通过部分大学生方程式赛车车架结构的对比,选择出适合的结构形式;对比常用几种材料的性能,选择较为适合的材料;基于设计规则,结合人机工程学原理,在三维软件CATIA中创建车架的几何模型。（2）运用有限元软件Hypermesh建立车架的有限元模型,结合比赛项目对满载弯曲、满载扭转、高速转弯、紧急制动和直线加速五个工况进行静力学仿真分析;在场地中进行8字绕环、紧急制动和75米直线加速试验与车架的静力学仿真分析进行对比,对仿真结果进行验证;对车架的强度和刚度进行校核,确定车架的强度和刚度能够满足安全需求。（3）运用建立好的有限元模型结合Optistruct求解器进行自由模态分析,提取前七阶模态频率... 

【文章页数】：107 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 本文研究的背景和意义
    1.2 国内外大学生方程式赛车赛事的发展与车架的研究现状
        1.2.1 国内外大学生方程式赛车赛事发展
        1.2.2 国外汽车车架研究现状
        1.2.3 国内汽车车架研究现状
    1.3 论文研究的主要内容
    1.4 本章小结
2 有限元法简介和车架模型的创建
    2.1 有限元法的基本原理和分析流程
        2.1.1 有限元法的基本原理
        2.1.2 有限元的分析步骤及实现过程
    2.2 有限元软件Hyperworks简介
        2.2.1 Hypermesh简介
        2.2.2 Optistuct简介
        2.2.3 Hyperview简介
    2.3 车架三维模型的建立
        2.3.1 车架的结构的选择
        2.3.2 车架材料和焊接工艺的选择
        2.3.3 焊接工艺选择
        2.3.4 车架的结构设计
    2.4 车架有限元模型的建立
        2.4.1 三维模型的导入
        2.4.2 中面抽取和几何处理
        2.4.3 网格划分
        2.4.4 质量检查和质量调整
        2.4.5 材料和属性赋予
    2.5 本章小结
3 车架静力学分析
    3.1 车架在各工况下的受力分析及仿真
        3.1.1 车架的静态负载情况
        3.1.2 车架动载系数和边界条件的定义
        3.1.3 各工况下的仿真计算
        3.1.4 车架强度校核
    3.2 车架的刚度分析
        3.2.1 车架弯曲刚度分析
        3.2.2 车架扭转刚度分析与校核
    3.3 车架有限元模型的试验验证
        3.3.1 测试系统与相关设备介绍
        3.3.2 试验的准备
        3.3.3 各工况的测试与分析
    3.4 本章小结
4 模态分析与实验验证
    4.1 结构模态分析理论
    4.3 自由模态分析
    4.4 试验模态分析
        4.4.1 试验模态理论基础
        4.4.2 试验模态分析系统的构建
    4.5 模态结果的综合分析
    4.6 本章小结
5 车架的结构优化
    5.1 拓扑优化介绍
        5.1.1 离散体结构拓扑优化
        5.1.2 连续体结构拓扑优化
        5.1.3 拓扑优化的数学模型
    5.2 车架的拓扑优化
        5.2.1 设计变量的创建
        5.2.2 响应的创建
        5.2.3 约束的创建
        5.2.4 目标函数的创建
        5.2.5 其他参数的设置
        5.2.6 拓扑优化结果
        5.2.7 拓扑优化的几何生成
    5.3 车架的尺寸优化
        5.3.1 尺寸优化的参数设置
        5.3.2 车架的尺寸优化结果
    5.4 车架优化前后的模态频率和静力学性能对比
        5.4.1 模态频率对比
        5.4.2 强度与刚度对比
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]FSC赛车车架的静态结构与模态分析[J]. 阎力,史青录,连晋毅.  太原科技大学学报. 2017(02)
[2]FSAE赛车车架结构优化和轻量化[J]. 周永光,阳林,吴发亮,邓仲卿.  农业装备与车辆工程. 2012(11)
[3]FSAE方程式赛车制动系统的设计[J]. 乔军奎,陶文锦,孙博.  汽车工程学报. 2012(02)
[4]FSAE赛车车架的强度和刚度分析[J]. 赵帅,隰大帅,王世朝,陆善彬.  计算机辅助工程. 2011(04)
[5]基于有限元的FSAE赛车车架的强度及刚度计算与分析[J]. 于国飞,黄红武,吴俊辉.  厦门理工学院学报. 2009(04)
[6]车架刚度及强度的有限元分析[J]. 张润生,侯炜.  拖拉机与农用运输车. 2007(04)
[7]汽车车身轻量化及其相关成形技术综述[J]. 田浩彬,林建平,刘瑞同,许永超.  汽车工程. 2005(03)
[8]结构拓扑优化设计的发展、现状及展望[J]. 赵丽红,郭鹏飞,孙洪军,宁丽莎.  辽宁工学院学报. 2004(01)
[9]动不平衡及车轮动平衡机不平衡量的测量[J]. 刘美生,王蛟茹,姜爱军.  中国测试技术. 2003(03)
[10]重型自卸车车架的静态有限元分析[J]. 张辉,张敬民,李玉娟.  机械设计与制造. 1992(04)

硕士论文
[1]FSE电动赛车整车布置及轻量化研究[D]. 陈楠楠.广东工业大学 2016
[2]基于HyperWorks和Isight的商用车车架结构优化[D]. 程丹应.华中科技大学 2015
[3]白车身及车门性能开发关键技术研究与应用[D]. 马彬彬.合肥工业大学 2015
[4]FSC赛车车架的有限元分析与优化[D]. 孙博文.辽宁工业大学 2015
[5]赛车轻量化系统方法与车架优化[D]. 贺绍华.广东工业大学 2013
[6]基于刚度和模态的重型卡车车架轻量化设计[D]. 罗云峰.湖南大学 2013
[7]基于有限元分析的大学生方程式赛车车架结构强度优化[D]. 乔邦.河南科技大学 2012
[8]基于有限元法的重型载货车车架轻量化研究[D]. 何丽君.合肥工业大学 2010
[9]某SUV型车身动态特性研究[D]. 王金砖.燕山大学 2009
[10]载货汽车车架拓扑优化设计及有限元分析[D]. 卢利平.合肥工业大学 2009



本文编号：3718576